科学家揭开了长达数十年的高玛射线暴谜题

伽马射线暴发瞬间的闪光、以及反向和正向激波（图自：Nuria Jordana-Mitjans）

这些携带极高能量的事件，会以接近光速的速度驱逐物质，并产生明亮但短命的伽马射线闪光（简称 GRB / 伽马射线暴），然后被绕地球轨道运行的卫星给探测到。

期间产生的磁场，或穿过喷射出的物质。随着旋转黑洞的形成，这些磁场会被扭曲成螺旋状，并认为会聚焦并加速喷射出的物质。

尽管磁场无法被直接观测到，但它们的一大特征，就是能够对带电粒子产生“光编码”。

研究配图 - 1：GRB 141220A 多波长光变曲线

随着这些带电粒子（电子）在磁场线周围飞驰，地球上的望远镜就能够捕捉到这些在宇宙中可能传播了数百万年的光信号。

巴斯大学天体物理系主任兼伽马射线专家 Carole MunDELL 教授称：“我们测量了光的一种特殊性质 —— 偏振（polarization）—— 以直接推测驱动爆发磁场的物理性质”。

这项伟大的工作解决了困扰宇宙爆炸的长期谜题，科学家们已经在这方面倾注了相当多的精力。

研究配图 - 2：用于测定 GRB 的未极化标准星的参数

GRB 研究的最大挑战，莫过于在爆发后第一时间捕获光信号、并对其进行物理学上的解码。随着不断扩大的激波前沿与周围恒星碎片的碰撞，原始磁场的痕迹会被立即摧毁，导致预测的难度迅速提升。

当大规模原始场仍然完整、并驱动外流时，相关模型可预测爆发后不久、具有高偏振水平（>10%）的光。之后由于磁场在碰撞中被不断打乱，大部分讯号都会变成非偏振的状态。

好消息是，Carole Mundell 团队首次测得了在爆发后几分钟的高度偏振光，证实了具有大规模结构的原始场的存在。但事实证明，扩大前向激波的图景是更具争议性的。

研究配图 - 3：GRB 141220A 极化时间演变

通过在爆发后数小时到一天的较短时间内观察 GRB 爆发，此前已有研究人员发现了低极化，并推测原始场已被摧毁，只是无法进一步阐明它是何时、或如何被摧毁的。

相比之下，一支日本天文学家团队宣布，其在 GRB 爆发中发现了 10% 的偏振光，并将之解释为“具有持久有序磁场的偏正前向激波”。

研究主要作者、巴斯大学博士生 Nuria Jordana-Mitjans 表示：“由于在物理学方面的时间和空间跨度都太大，这些罕见的观察结果很难被直接拿来比较，更别提在标准模型中进行调和”。

研究配图 - 4：GRB 141220A 的光变曲线，其斜率符合特定的幂定律

十多年来，这个谜团一直没能被揭开，直到巴斯大学带领的研究团队就 GRD 141220A 进行了深入且全面的分析。

在今日发表在《皇家天文学会月刊》上的新论文中，Carole Mundell 教授带领的研究团队，报告了他们在爆发后仅 90 秒检测到的前向激波的极低偏振。

这项研究借助了全自动的利物浦望远镜，结合 RINGO3 这款新型旋光仪上的智能软件，才使得针对 GRB 的超快速观测成为了可能。

研究配图 - 5：RINGO3 与 XRT 观测的 GRB 141220A 宽波段

仪器记录了本次 GRB 爆发的颜色、亮度、偏振和褪色率，在将这些数据放到一起后，研究团队得以证实以下状况：

● 光来自前向激波；

● 磁场长度尺度较日本研究团队的推断要小得多；

● 爆发或是由新黑洞形成的原始有序磁场崩溃所驱动的；

● 针对偏振的神秘探测，可通过磁场在冲击中被摧毁之前、来自原始场的偏振光的相关发现来解释。

研究配图 - 6：左图为持续时间比较，右图为峰值能量比较。

Jordana-Mitjans 女士表示：“这项新研究建立在早前的研究基础上，此前我们观察到最强大的 GRB 爆发能够由大规模有序的磁场来驱动。但只有最速的望远镜，才能在瞬间观察到它们的特征偏振信号”。

Carole Mundell 教授总结道：“我们现在需要推动技术的前沿发展，以探索 GRB 爆发的最初时刻。在收集到具有统计意义的数据量之后，我们可将研究置于更广阔的背景，从而对极限宇宙展开实时的多信使后续追踪”。